Los muones son partículas subatómicas más pesadas que los electrones. Con el tiempo, un muón se “rompe” (se desintegra) dando lugar a otras partículas, entre ellas neutrinos y antineutrinos. Los neutrinos y su antipartícula, los antineutrinos, son partículas subatómicas fundamentales con una masa extremadamente pequeña, cercana a cero y carentes de carga eléctrica, lo que los hace invisibles a los campos electromagnéticos.
Cuando un neutrino choca con el núcleo de un átomo, puede hacer que ese núcleo se mueva. Ese "golpecito" es lo que se llama CEvNS (Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering).
En los años 70, Daniel Z. Freedman observó que este proceso, la dispersión elástica coherente neutrino–núcleo (CEvNS, por sus siglas en inglés) tenía según el modelo estándar de la física de partículas, una probabilidad de ocurrir mayor de lo habitual.
Sin embargo, en los años 70 el fenómeno era imposible de observar, ya que su única señal es el leve retroceso del núcleo tras el “choque” con el neutrino o antineutrino incidente. Gracias a los avances experimentales, la colaboración COHERENT logró medir por primera vez este proceso en 2017 utilizando neutrinos producidos en el Oak Ridge National Laboratory (EEUU). Desde entonces, COHERENT ha observado el fenómeno con distintos detectores y mejorado la precisión inicial.
“Nuestro enfoque también puede aplicarse a las medidas recientes de CEvNS con neutrinos de reactores y solares para estudiar sus respectivos procesos de producción, aunque ello requerirá un análisis específico debido a las particularidades de cada caso”
Ahora, un nuevo trabajo publicado en la revista Physical Review Letters, liderado por un equipo del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), ubicado en el área científico-académica del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), demuestra por primera vez que los datos de COHERENT también permiten analizar aspectos importantes asociados a la producción de neutrinos, incluyendo posibles nuevas interacciones. En particular, el equipo muestra que es posible estudiar la desintegración del muón observando cómo los neutrinos y antineutrinos emitidos se dispersan sobre núcleos atómicos mediante este proceso de “golpear” llamado CEvNS. Con los datos del experimento COHERENT, se han extraído por primera vez los parámetros de Michel, que describen la distribución energética del antineutrino. Estos parámetros se introdujeron hace 75 años para los electrones y hace 30 años para los neutrinos, y ahora se extienden por primera vez a los antineutrinos.
El trabajo ha sido realizado por un equipo del IFIC compuesto por Sergio Cruz-Alzaga, Martín González-Alonso y Suraj Prakash, en colaboración con Víctor Bresó-Pla, investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard, que obtuvo su doctorado en el IFIC en 2023 y desarrolló parte de esta investigación mientras pertenecía a la Universidad de Heidelberg. “En la primera publicación nos hemos enfocado en la desintegración del muón, suponiendo además la conservación del sabor leptónico, con el objetivo de presentar la idea y mostrar su utilidad” señalan los autores. Además, en un segundo trabajo publicado en la revista Journal of High Energy Physics (JHEP), el equipo amplía el estudio mediante un análisis exhaustivo de todas las posibles interacciones.
“Nuestro enfoque también puede aplicarse a las medidas recientes de CEvNS con neutrinos de reactores y solares para estudiar sus respectivos procesos de producción, aunque ello requerirá un análisis específico debido a las particularidades de cada caso”, señalan los autores.
En conjunto, estos trabajos muestran una conexión interesante entre la física de neutrinos y la física del sabor, ampliando la aplicación de las medidas de CEvNS como una nueva herramienta para la física fundamental. Además, las medidas de CEvNS abren la puerta a aplicaciones prácticas como la monitorización remota de reactores nucleares y el desarrollo de detectores de neutrinos compactos.
Fuente: IFIC